Évaluation toxicologique d'alliages métalliques nanocristallins avec des applications potentielles dans le domaine aéronautique

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 1523 (2022) Citer cet article

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Le développement de nouveaux alliages candidats présentant des caractéristiques exceptionnelles pour leur utilisation dans le domaine aéronautique est l’une des principales priorités du secteur. Dans ce contexte, les alliages nanocristallins (nc) sont considérés comme des matériaux pertinents en raison de leurs caractéristiques particulières, telles que leurs propriétés physiques et mécaniques exceptionnelles. Cependant, un autre point important à prendre en compte avec les alliages nouvellement développés est l’impact toxicologique potentiel que ces matériaux peuvent avoir sur les humains et d’autres organismes vivants. Le but de ce travail était de réaliser une évaluation toxicologique préliminaire de trois alliages métalliques nc (WCu, WAl et TiAl) sous forme de poudre produite par alliage mécanique, en appliquant différents tests in vitro, y compris un mélange de poudres de W-Cu de granulométrie standard. dans les expériences pour établir des comparaisons. Les effets de l'exposition directe aux suspensions de poudre et/ou à leurs lixiviats dérivés ont été analysés chez trois organismes modèles représentatifs des expositions humaines et environnementales (la lignée cellulaire épithéliale basale alvéolaire humaine adénocarcinomique A549, la levure Saccharomyces cerevisiae et la bactérie Gram négatif Vibrio fischeri). ). Dans l’ensemble, les résultats obtenus fournissent de nouvelles informations sur les effets nocifs potentiels des alliages nc sélectionnés, montrant que, d’un point de vue toxicologique, nc TiAl est le candidat le plus sûr dans les organismes modèles et les conditions testés.

Le concept de matériaux nanocristallins (nc), introduit pour la première fois par Gleiter1, dans le cas spécifique des alliages, fait référence à un métal présentant une taille moyenne de grain à l'échelle nanométrique, cette valeur étant inférieure à 100 nm. Les extraordinaires propriétés mécaniques, chimiques et physiques que présentent ces matériaux ont attiré l'attention de la communauté scientifique et, par conséquent, les métaux nc ont fait l'objet d'intenses recherches interdisciplinaires2,3,4,5,6. Parmi les caractéristiques exceptionnelles que possèdent ces matériaux, on peut souligner leurs caractéristiques catalytiques et thermiques exceptionnelles, ainsi que leur grande résistance, dureté et résistance à l'usure améliorée7, toutes données par leurs propriétés structurelles spécifiques. Ainsi, l’utilisation d’alliages nc pourrait représenter un impact significatif dans les secteurs où il existe un besoin d’application de matériaux présentant ces caractéristiques particulières, comme l’industrie aérospatiale ou aéronautique.

Ces dernières années, et en raison de la forte concurrence qui existe dans le domaine, le développement de nouveaux matériaux pour les applications aéronautiques a été considéré comme l'une des principales priorités de ce secteur8. Ainsi, des recherches approfondies ont été menées pour répondre à cette problématique, en mettant l'accent sur la recherche de matériaux permettant de réduire les coûts, tout en apportant une amélioration de leur comportement lorsqu'ils sont soumis à des conditions difficiles (résistance à l'usure et à la corrosion, tolérance aux dommages…)9, 10,11. Par conséquent, la sélection des éléments pour développer un nouvel alliage candidat est une étape critique qui doit être soigneusement étudiée. Dans ce contexte, la technique d'alliage mécanique, qui permet de combiner des éléments difficiles ou impossibles à fondre par d'autres procédés conventionnels12, s'impose comme une méthodologie pertinente pour la production de nouveaux alliages. De plus, dans le cas des nanomatériaux métalliques, il a été prouvé que l’alliage élargit considérablement la plage de températures dans laquelle le grossissement est inhibé, ce qui constitue l’un des effets néfastes que ces matériaux peuvent présenter lorsqu’ils sont constamment exposés à des températures élevées4,13,14. À cet égard, plusieurs alliages métalliques NC ont montré un comportement amélioré à haute température par rapport à leurs homologues métalliques purs15,16.

Outre les caractéristiques mécaniques et physiques exceptionnelles que devraient avoir les alliages nouvellement développés pour permettre leur utilisation dans les domaines d'intérêt, leur sécurité humaine et environnementale doit être prise en compte. En fait, la toxicité de différents alliages métalliques largement utilisés dans différents domaines tels que le biomédical ou le militaire (fabrication de dispositifs médicaux, fabrication de munitions…)17,18 a déjà été évaluée à l'aide de méthodes in vitro et in vivo19,20,21, 22. Cependant, avec l’essor de l’industrie de la fabrication additive ces dernières années, l’utilisation de poudres métalliques est aujourd’hui beaucoup plus répandue. Étant donné que les poudres métalliques peuvent s'avérer plus toxiques que leurs homologues en vrac23, la fourniture d'informations sur les conséquences possibles liées à leur manipulation et à leur gestion doit être considérée comme d'une importance cruciale, en tenant également compte du lessivage potentiel dû à leur détérioration et leur dégradation.